粒子検出器

実験及び応用素粒子物理学、原子核物理学、原子力工学において、粒子検出器（りゅうしけんしゅつき、particle detector）、または一般に放射線検出器（ほうしゃせんけんしゅつき、radiation detector）とは、原子核壊変によって生じる放射線、宇宙線、または加速器の反応によって生じるさまざまな放射線・高エネルギー粒子を検出・追跡、特定するための装置である。現代の検出器はカロリーメータにより放射線のエネルギーを測定する。これらはまた、運動量、スピン、電荷などの素粒子の属性を測定することもある。

概要

検出器はサイズ・コストともに巨大な現代の加速器のために設計された。「カウンター」はよく検出器の意味として使われるが、たんにカウンターといった場合はあくまで粒子を数えるだけであって、粒子のエネルギーや電荷などはわからない。粒子検出器は電離放射線（高エネルギー光子あるいは可視光）を検出することもよくある。

もし放射線測定の主要な目的が、（質量のある）放射線を検出することであれば、光子は質量がゼロの粒子である。しかしそれでも粒子検出器の呼称は正しい。

粒子検出器の例と種類

電離式検出器（気体電離式検出器と半導体検出器は最も典型的である）とシンチレーション検出器は多くの検出器として開発され、用いられてきた。しかし他には、チェレンコフ光や遷移放射 (transition radiation) といった完全に異なる原理を応用したものもある。

過去に用いられた粒子検出器

• 泡箱
• ウィルソン霧箱（膨張霧箱）
• 写真乾板

放射線防護のための検出器

• 線量計
• 検電器（小型の検電器は、線量計として用いられる）

素粒子および原子核物理学でよく用いられる検出器

• 気体電離式検出器
  • 電離箱
  • 比例計数管
    • 多線式比例計数管
    • ドリフトチェンバー
    • タイムプロジェクションチェンバー
  • ガイガーミュラー管(ガイガー＝ミュラー計数管)
• 固体検出器
  • 半導体検出器およびそれとは異なるCCD
  • 固体飛跡検出器
  • チェレンコフ検出器
    • リングイメージングチェレンコフ検出器
  • シンチレーション検出器（シンチレータに光電子増倍管、フォトダイオードあるいはアバランシェフォトダイオードを組み合わせて用いる）
    • ルーカスセル
    • 飛跡時間検出器
  • 半導体検出器
    • シリコンバーテックス検出器
  • 遷移放射線検出器
• カロリーメーター (素粒子物理学)
• マイクロチャンネルプレート
• 中性子検出器

現代の検出器

素粒子物理学において用いられる現代の検出器は、上記の検出器をたまねぎのように多層状に複数、組み合わせて用いられる。

実際に使われている粒子検出器

加速器

• CERN
  • 大型ハドロン衝突型加速器(LHC)
    • CMS
    • ATLAS検出器
    • ALICE検出器
    • LHCb
  • LEP
    • Aleph[1]
    • Delphi[2]
    • L3
    • Opal[3]
  • スーパー陽子シンクロトロン
    • COMPASS実験
    • Gargamelle
    • NA49
• フェルミ国立加速器研究所
  • テバトロン
    • CDF
    • D0
• ドイツ電子シンクロトロン
  • HERA
    • H1
    • HERA-B
    • HERMES実験
    • ZEUS
• ブルックヘブン国立研究所
  • 相対論的重イオンコライダー
    • PHENIX
    • Phobos
    • STAR
• SLAC国立加速器研究所
  • PeP-II
    • BaBar実験
  • SLC
    • SLD
• コーネル大学
  • CESR
    • CLEO
    • CUSB
• BINP
  • VEPP-2MおよびVEPP-2000
    • ND実験
    • SND実験
    • CMD
  • VEPP-4
    • KEDR
• その他
  • カリフォルニア大学アーバイン校のMECO from UC Irvine

建設中

• 国際リニアコライダー
  • CALICE

加速器以外

• スーパーカミオカンデ
• AMANDA
• CMDS

関連項目

• 物理学における粒子の一覧

出典

外部リンク

映画スライド

• "Radiation detectors". H. M. Stone Productions, Schloat. Tarrytown, N.Y., Prentice-Hall Media, 1972.

一般的情報

• The Particle Detector BriefBook
• How to Build a Cloud Chamber
• Grupen, C. (1999). "Physics of Particle Detection". AIP Conference Proceedings, Instrumentation in Elementary Particle Physics, VIII. Vol. 536. Istanbul: Dordrecht, D. Reidel Publishing Co. pp. 3–34. doi:10.1063/1.1361756。